Force in Physics: Net Force, Newton's Laws & Weight

bolt

القسم ١ من ٩

القوة

عبارة عن مؤثر خارجي يؤثر على الجسم، تعمل على تغير شكل الجسم أو تغير من الحالة الحركية للجسم

أنواع القوى: قوة غير متوازنة (محاكاة حية)

تقسم القوى في الطبيعة إلى نوعين: قوى التلامس وقوى المجال

بعض القوى لا يمكن أن تحدث دون ملامسة الجسم، وبعضها لا يحتاج إلى ملامسة الجسم كي تحدث (مثل الجاذبية والقوى المغناطيسية والكهربائية).

تمرين: حدد من هي قوى التلامس ومن هي قوى المجال

دفع صندوق

سقوط تفاحة (جاذبية)

مغناطيس يجذب مسمار

شد حبل

احتكاك سطح

جذب كهربائي ساكن

architecture

القسم ٣ من ٩

رسومات مخطط القوى المؤثرة على الجسم

عند معالجة مسائل القوى للسهولة يجب علينا رسم القوى المؤثرة على الجسم، ويتم رسم سهم من مركز الجسم يعبر عن القوة، له طول يعادل القوة واتجاهه هو اتجاه القوة.

اكتسب مهارة: أثرت قوة على المكعب مقدارها 40 نيوتن نحو الشرق. حدد أولاً مقياس الرسم: 10 نيوتن = 1 سانتي متر.

functions

القسم ٤ من ٩

محصلة القوى في بعد واحد

المحصلة تعني مجموع القوى

الحالة الأولى: القوى بنفس الاتجاه

تكون المحصلة هي حاصل مجموع القوتين واتجاهها بنفس اتجاه القوتين

📝 السؤال:

قوتان مقدارها 6 نيوتن و 3 نيوتن تؤثران في نفس الاتجاه. ما مقدار محصلتهما؟

$$F_{net} = F_1 + F_2 = 6 + 3 = 9 \text{ N}$$

✅ المحصلة = 9 نيوتن

📌 الاتجاه: نفس اتجاه القوتين

الحالة الثانية: القوى باتجاهين متعاكسين

تكون المحصلة هي حاصل طرح القوتين واتجاهها بإتجاه القوة الأكبر

📝 السؤال:

قوتان مقدارها 60 نيوتن و 20 نيوتن في اتجاهين متعاكسين. ما مقدار محصلتهما واتجاهها؟

$$F_{net} = F_1 - F_2 = 60 - 20 = 40 \text{ N}$$

✅ المحصلة = 40 نيوتن

📌 الاتجاه: في اتجاه القوة الأكبر

📝 مسألة تطبيقية:

قوتان تؤثران على جسم في اتجاهين متعاكسين، الأولى 20 نيوتن نحو الشرق والثانية 35 نيوتن نحو الغرب. ما مقدار واتجاه المحصلة؟

$$F_{net} = F_2 - F_1 = 35 - 20 = 15 \text{ N}$$

✅ المحصلة = 15 نيوتن

📌 الاتجاه: نحو الغرب (اتجاه القوة الأكبر)

📖 اضغط هنا تظهر طريقة الحل بالتفصيل

في هذه المحاكاة احسب محصلة قوتين في بعد واحد

speed

القسم ٥ من ٩

التسارع وقانون نيوتن الثاني

عند التأثير بقوة ثابتة على جسم فإن الجسم سوف يبدأ بالحركة إذا كانت القوة غير متوازنة. يتحرك الجسم بسرعة متزايدة ويملك تسارعاً ثابتاً. وإذا تم زيادة مقدار القوة يزداد تسارع الجسم.

نص قانون نيوتن الثاني: إذا أثرت قوة على جسم وكان الجسم قابل للحركة، ينتج عنها تسارع يتناسب طردياً مع القوة المؤثرة ويتناسب عكسياً مع كتلة الجسم — بمعنى أنه كلما زادت القوة زاد التسارع، وكلما زادت الكتلة قل التسارع.

$$F = m \times a$$

📝 السؤال:

قوة مقدارها 20 نيوتن تؤثر على جسم كتلته 4 كجم. ما مقدار تسارع الجسم؟

$$a = \frac{F}{m} = \frac{20}{4} = 5 \text{ m/s}^2$$

✅ التسارع = 5 متر/ثانية²

المرحلة الأولى: علاقة التسارع بالقوة (بثبات الكتلة)

المرحلة الثانية: علاقة التسارع بالكتلة (بثبات القوة). اجعل قوة الشد ثابتة وغيّر كتلة السيارة، وسجّل في كل مرة كتلة الجملة والتسارع.

تعليمات: أدخل الكتلة والقوة في الخلايا الفارغة — سيُحسب التسارع تلقائياً للصف الأول، ثم اضغط "رسم العلاقة البيانية".

رقم التجربة	الكتلة (كجم)	القوة (نيوتن)	التسارع (م/ث²)

تعليمات: أدخل القوة والكتلة — سيُحسب مقلوب الكتلة والتسارع تلقائياً للصف الأول، ثم اضغط "رسم العلاقة البيانية".

رقم التجربة	القوة (نيوتن)	الكتلة (كجم)	مقلوب الكتلة (1/كجم)	التسارع (م/ث²)

anchor

القسم ٦ من ٩

قانون نيوتن الأول: القصور الذاتي

ينص قانون نيوتن الأول: الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغيّر من حالته. هذه الخاصية للأجسام لمقاومة التغيرات في حالة الحركة تسمى القصور الذاتي.

📝 السؤال:

إدارة المرور تنصح السائق وركاب السيارة بوضع حزام الأمان أثناء حركة السيارة. فسّر السبب.

📖 اضغط هنا تظهر طريقة الحل

monitor_weight

القسم ٧ من ٩

الوزن والكتلة

هناك فرق بين الكتلة والوزن: الكتلة مقدار المادة في الجسم، لا تتغير بتغير المكان. الوزن هو القوة المطبقة على الجسم من قبل الجاذبية، يتغير حسب مجال الجاذبية.

$$W = F_g = m \times g$$

$$N = \text{kg} \cdot \frac{m}{s^2}$$

📝 السؤال:

جسم كتلته 15 كجم على سطح الأرض (g = 10 m/s²). ما وزن الجسم؟

$$W = m \times g = 15 \times 10 = 150 \text{ N}$$

✅ وزن الجسم = 150 نيوتن

الكتلة والوزن على سطح هذا العالم

في هذه المحاكاة لاحظ أثر تغيّر الوزن بتغيّر المكان مع بقاء الكتلة ثابتة.

الوزن الظاهري وحركة المصاعد

الوزن الظاهري هو الوزن غير الحقيقي الذي يظهر نتيجة حركة الجسم بتسارع، وهو ما يظهر على ميزان أو جسم معلق بزنبرك.

إذا كان المصعد يتحرك نحو الأعلى

$$F_N - F_g = m \times a$$

إذا كان المصعد يتحرك نحو الأسفل

$$F_g - F_N = m \times a$$

📝 السؤال:

رجل كتلته 70 كجم في مصعد يتحرك للأعلى بتسارع 3 m/s². ما وزنه الظاهري؟ (g = 10 m/s²)

$$W_{app} = m(g + a) = 70 \times (10 + 3) = 910 \text{ N}$$

✅ الوزن الظاهري = 910 نيوتن

📌 الوزن الظاهري أكبر من الوزن الحقيقي

محاكاة حركة المصعد والوزن الظاهري (تفاعلية بالكامل):

air

القسم ٨ من ٩

القوة المعيقة (مقاومة الهواء)

عندما نترك جسماً يسقط سقوطاً حراً بوجود مقاومة الهواء، في بداية السقوط تكون هناك قوة وحيدة وهي وزن الجسم. وعندما تزداد سرعة الجسم تظهر مقاومة الهواء واتجاهها عكس حركة الجسم.

$$F_d = -K \cdot v = -\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot A \cdot C_d \cdot v$$

حيث: 𝜌 = كثافة المائع، A = مساحة مقطع الجسم، C_d = معامل الإعاقة، v = سرعة الجسم.

عندما تزداد سرعة الجسم تزداد مقاومة الهواء حتى تصبح تعادل وزن الجسم، عندها يصل الجسم إلى السرعة الحدية.

sync_alt

القسم ٩ من ٩

قانون نيوتن الثالث

لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس في الاتجاه

القوى في الطبيعة مثنى مثنى. لا يمكن إيجاد محصلة الفعل ورد الفعل لأن الفعل يحدث على جسم ورد الفعل يحدث على جسم آخر.

تطبيقات على قوانين نيوتن: حركة جسم على مستوى أفقي

bolt

Section 1 of 9

Force

It is an external influence that acts on a body, causing it to change shape or change its state of motion.

Types of Forces: Unbalanced Force (live simulation)

Forces are divided into two types: Contact Forces and Field Forces

Some forces cannot occur without physical contact, while others don't require contact (like gravity, magnetism, and electric forces).

Exercise: Identify which are contact forces and which are field forces

Pushing a box

An apple falling (gravity)

A magnet attracting a nail

Pulling a rope

Surface friction

Static electric attraction

architecture

Section 3 of 9

Force Diagram Drawings

When solving force problems, we draw the forces acting on the body as arrows from the center of the body, with length proportional to the force magnitude and direction matching the force direction.

Acquire the skill: A force of 40 N east acts on the cube. First, determine the scale: 10 N = 1 cm.

functions

Section 4 of 9

Net Force in One Dimension

Net force means the sum of forces

Case 1: Forces in the same direction

The net force is the sum of the two forces, in the same direction.

📝 Question:

Two forces of 6 N and 3 N act in the same direction. What is the net force?

$$F_{net} = F_1 + F_2 = 6 + 3 = 9 \text{ N}$$

✅ Net force = 9 N

📌 Direction: Same as the forces

Case 2: Forces in opposite directions

The net force is the difference between the two forces, in the direction of the larger force.

📝 Question:

Two forces of 60 N and 20 N act in opposite directions. What is the net force and its direction?

$$F_{net} = F_1 - F_2 = 60 - 20 = 40 \text{ N}$$

✅ Net force = 40 N

📌 Direction: In the direction of the larger force

📝 Practice Problem:

Two forces act on an object in opposite directions: 20 N east and 35 N west. What is the magnitude and direction of the net force?

$$F_{net} = F_2 - F_1 = 35 - 20 = 15 \text{ N}$$

✅ Net force = 15 N

📌 Direction: West (direction of the larger force)

📖 Click here for detailed solution

In this simulation, calculate the net force of two forces:

speed

Section 5 of 9

Acceleration & Newton's Second Law

When a constant force acts on a body, the body begins to move if the force is unbalanced. It moves with increasing speed and has a constant acceleration. As the force increases, so does the acceleration.

Newton's second law states: If a force acts on a body, it produces an acceleration that is directly proportional to the applied force and inversely proportional to the mass of the body.

$$F = m \times a$$

📝 Question:

A force of 20 N acts on a 4 kg mass. What is the acceleration?

$$a = \frac{F}{m} = \frac{20}{4} = 5 \text{ m/s}^2$$

✅ Acceleration = 5 m/s²

Stage 1: relationship between acceleration and force (constant mass)

Stage 2: relationship between acceleration and mass (constant force). Keep tension force constant, vary the car's mass, and record the system mass and acceleration each time.

Instructions: Enter mass and force in the empty cells — acceleration is auto-calculated for row 1, then click "Draw Graph".

Experiment #	Mass (kg)	Force (N)	Acceleration (m/s²)

Instructions: Enter force and mass — inverse mass and acceleration are auto-calculated for row 1, then click "Draw Graph".

Experiment #	Force (N)	Mass (kg)	1/Mass (1/kg)	Acceleration (m/s²)

anchor

Section 6 of 9

Newton's First Law: Inertia

Newton's first law states: an object at rest stays at rest, and an object in motion stays in motion in a straight line, unless acted upon by an external force. This property of objects to resist changes in motion is called inertia.

📝 Question:

Traffic authorities advise drivers and passengers to wear seat belts while the car is moving. Explain why.

📖 Click here for solution

monitor_weight

Section 7 of 9

Weight and Mass

There is a difference between mass and weight: Mass is the amount of matter in a body — it does not change with location. Weight is the force applied to the body by gravity — it changes with the gravitational field.

$$W = F_g = m \times g$$

$$N = \text{kg} \cdot \frac{m}{s^2}$$

📝 Question:

A 15 kg object on Earth (g = 10 m/s²). What is its weight?

$$W = m \times g = 15 \times 10 = 150 \text{ N}$$

✅ Weight = 150 N

Mass and Weight on the Surface of this World

In this simulation, observe the effect of location on weight, while mass stays constant.

Apparent Weight and Elevator Motion

Apparent weight is the non-real weight that appears as a result of a body's accelerated motion — what shows on a scale or spring balance.

If the elevator moves upward:

$$F_N - F_g = m \times a$$

If the elevator moves downward:

$$F_g - F_N = m \times a$$

📝 Question:

A 70 kg man is in an elevator accelerating upward at 3 m/s². What is his apparent weight? (g = 10 m/s²)

$$W_{app} = m(g + a) = 70 \times (10 + 3) = 910 \text{ N}$$

✅ Apparent weight = 910 N

📌 Apparent weight is greater than real weight

Fully interactive elevator motion & apparent weight simulation:

air

Section 8 of 9

Drag Force

When a body is dropped in free fall with air resistance, initially only its weight acts. As speed increases, air resistance appears, opposite to the direction of motion.

$$F_d = -K \cdot v = -\frac{1}{2} \cdot \rho \cdot A \cdot C_d \cdot v$$

Where: 𝜌 = fluid density, A = cross-sectional area, C_d = drag coefficient, v = velocity.

As velocity increases, air resistance increases until it balances the weight, reaching terminal velocity.

sync_alt

Section 9 of 9

Newton's Third Law

For every action, there is an equal and opposite reaction

Forces in nature come in pairs. The net force of action and reaction cannot be found, because the action acts on one body and the reaction acts on another.

Force in Physics: Net Force, Newton's Laws & Weight

القوة

أنواع القوى: قوة غير متوازنة (محاكاة حية)

تقسم القوى في الطبيعة إلى نوعين: قوى التلامس وقوى المجال

تمرين: حدد من هي قوى التلامس ومن هي قوى المجال

رسومات مخطط القوى المؤثرة على الجسم

محصلة القوى في بعد واحد

الحالة الأولى: القوى بنفس الاتجاه

الحالة الثانية: القوى باتجاهين متعاكسين

التسارع وقانون نيوتن الثاني

قانون نيوتن الأول: القصور الذاتي

الوزن والكتلة

الكتلة والوزن على سطح هذا العالم

الوزن الظاهري وحركة المصاعد

إذا كان المصعد يتحرك نحو الأعلى

إذا كان المصعد يتحرك نحو الأسفل

القوة المعيقة (مقاومة الهواء)

قانون نيوتن الثالث

تطبيقات على قوانين نيوتن: حركة جسم على مستوى أفقي

Force

Types of Forces: Unbalanced Force (live simulation)

Forces are divided into two types: Contact Forces and Field Forces

Exercise: Identify which are contact forces and which are field forces

Force Diagram Drawings

Net Force in One Dimension

Case 1: Forces in the same direction

Case 2: Forces in opposite directions

Acceleration & Newton's Second Law

Newton's First Law: Inertia

Weight and Mass

Mass and Weight on the Surface of this World

Apparent Weight and Elevator Motion

If the elevator moves upward:

If the elevator moves downward:

Drag Force

Newton's Third Law

Applications of Newton's Laws: motion of a body on a horizontal surface